Ansätze zur Dosisreduzierung in der molekularen Bildgebung

1/T_1/2eff = 1/T_1/2phys + 1/T_1/2biol

Die Berechnung der effektiven Dosis eines Individuums variiert auf Grund von unterschiedlichen Ausscheidungszeiten und anatomischen Unterschieden. Die Dosisberechnung gibt die vom Körper absorbierte Strahlung wieder und umfasst sowohl die vom Radiopharmakon selbst verursachte Strahlung als auch die Strahlendosis von umliegenden Organen und Körperbereichen. Zum Bestimmen der Dosis für diagnostische Zwecke wie dem Organ Level INternal Dose Assessment (OLINDA) kommen deshalb einige Vereinfachungen – wie standardisierte anatomische Merkmale – zum Einsatz.

Die Packungsbeilagen enthalten die effektive Dosis pro verabreichtem MBq sowie die Organdosen pro MBq zumindest für kritische Organe eines Standardpatienten in Bezug auf Grösse, Gewicht, Verteilungsmuster und Ausscheidung.
Der Einfluss des molekularen Bildgebungssystems auf die Dosis wird nur durch die Mindestaktivitätsanforderungen für eine vorgegebene Bildqualität und Erfassungsdauer beeinflusst.
Es gibt ein breites Spektrum von typischen effektiven Dosen für unterschiedliche nuklearmedizinische Verfahren. Manche liegen weit unter 1 mSv (z. B. der Schilling-Test), während andere 10 mSv überschreiten (z. B. Galliumszintigraphie). Die effektive Dosis für eine typische 18F-FDG Injektion für eine PET•CT liegt bei 5 – 7 mSv. Bei den meisten Verfahren werden Dosen zwischen 1 und 10 mSv verwendet.

Bei Hybridsystemen entsteht die Strahlenbelastung nicht nur durch den Einsatz von Radiopharmaka, sondern auch durch die CT-Komponente. Dank der Fortschritte in der Scantechnologie können weniger aktive Mittel verwendet und dadurch die effektive Dosis gesenkt werden.

Da die CT die Abschwächung korrigiert, muss die Scanlänge exakt mit der Länge des PET-Bereichs übereinstimmen. Das stellt ein Problem für die konventionelle Stop-and-go-Bildgebung dar, da die sequentiellen Tischmasse PET und CT häufig dazu zwingen, Bereiche zu belichten, die über den ROI hinausgehen. Dieses als Overscan bekannte Phänomen ist ein inhärentes Manko von Stop-and-go PET•CT-Systemen. FlowMotion mit dem Siemens CARE Prinzip ermöglicht es den Ärzten, nur die gewünschten Bereiche präzise und kontinuierlich zu planen und zu scannen. Demzufolge wird nur das Zielgewebe bestrahlt, ohne Overscan und der damit verbundenen CT-Dosis.
Darüber hinaus stellt der Biograph mCT Flow in Kombination mit TrueV die einzige Lösung dar, die doppelt so schnell scannt wie herkömmliche PET/CT-Systeme. Dank des um 34,6% breiteren axialen Bildfelds mit 22,09 cm Grösse – dem grössten in der PET/CT-Branche,¹– ist eine 70%-ige Steigerung der Zählrate möglich. In Kombination mit ultraHD•PET werden fünf Minuten dauernde Scans Realität für klinische Routineuntersuchungen. Die Einführung von FlowMotion PET-Scans mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/s bietet Möglichkeiten, die weit über schnelle Untersuchungszeiten hinaus gehen. Das System ist auf zukünftige Forschungsbereiche vorbereitet, wie die PET-Bildgebung für Lungenaufnahmen mit angehaltenem Atem für nahezu bewegungsfreie Scans.
Biograph mCT Flow erfüllt die doppelte Forderung nach hoher Patientensicherheit und maximaler Effizienz. Biograph mCT Flow kann in 5 Minuten diagnostische PET•CT-Aufnahmen erstellen und ist dabei ähnlich flexibel zu planen wie eine CT ohne jeglichen Overscan. Mit FlowMotion können Ärzte das ALARA-Prinzip (As Low as Reasonably Achievable) tatsächlich für jeden Patienten² und alle überweisenden Ärzte umsetzen.

¹ Basierend auf der Dokumentation der Mitbewerber zum Zeitpunkt der Veröffentlichung. Die Daten liegen uns vor.
² Patienten bis zu 227 kg.

In den 1990er Jahren verfolgte Siemens die Entwicklung eines neuen Szintillatorkristalls für klinische PET-Scans mit der Bezeichnung Lutetiumoxyorthosilicat (LSO). Dieses neue Kristall hat die Eigenschaft, mehr Licht als zuvor verwendete Materialien zu emittieren, wenn es mit einem 511 keV Photon eines PET Radiopharmazeutikums zusammentrifft. Darüber hinaus emittiert LSO das Licht schneller und glüht kürzer nach. Durch diese beiden Eigenschaften wurde das PET-Detektorsystem effizienter ohne dabei wichtige Informationen zu verlieren oder an Bildqualität einzubüssen. Dadurch kann die injizierte Dosis des Radiopharmakons reduziert werden, ohne dabei die Bildqualität oder die Untersuchungsgeschwindigkeit zu verringern.

Neben der Dosisreduzierung brachten die verbesserten Eigenschaften des LSO eine zweite Innovation in der Detektorkonfiguration mit sich – die so genannte HI-REZ. Die zusätzliche Lichtleistung ermöglichte Veränderungen an der Kristallkonfiguration bei einer gleichzeitig besseren Auflösung. Der Detektor ging von 6 mm grossen Quadratpixeln zu 4 mm Quadratpixeln über, was die Auflösung um etwa 250% steigerte.

Die Biograph Familie der PET•CT-Systeme verfügt über eine bisher einzigartige Funktion mit dem Namen TrueV, die eigens auf die Dosisreduzierung abzielt. TrueV erhöht die Menge an Detektormaterial und erweitert das Bildfeld (FOV) der PET-Detektoren in der z-Richtung des Patienten, um in jeder PET-Liegeposition noch mehr Informationen zu erfassen. Biograph mCT arbeitet mit der 3D-Erfassungstechnologie. Durch die Nutzung dieser Methode ist jede Erweiterung des Bildfeldes mit enormen Vorteilen bei der Datenerfassung verbunden. Die Erweiterung des Bildfelds um 34,6% bringt in der Tat eine Verbesserung der Scanproduktivität von etwa 70% mit sich. Bei konventionellen PET-Scans werden Liegepositionen oder die Stop-and-go-Techniken verwendet, um den Patienten in seiner gesamten Länge zu erfassen. Mit TrueV, braucht es weniger Stopps als bei anderen Systemen, um dasselbe Patientenvolumen zu erfassen. Darüber hinaus wird jeder Stopp sanfter durchgeführt. Durch die Kombination dieser beiden Vorteile kann die injizierte Dosis für den Patienten verringert werden, während alle anderen Scan-Parameter beibehalten und die Bildqualität aufrecht erhalten werden kann.

Mit dem HD•PET-Algorithmus verringert ultraHD•PET das Bildrauschen und verbessert die Bildauflösung und Uniformität über das gesamte Bildfeld (FOV). Darüber hinaus werden Time-of-flight (TOF) Informationen zu den PET-Daten hinzugefügt. Durch das Messen der Ankunftszeit beider auf den Detektoren auftreffenden Photonen ist die ausgereifte Elektronik in der Lage, genau zu bestimmen, wo auf der Reaktionslinie das Ereignis stattfand. Da sich Photonen mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, muss die Zeitauflösung des PET-Systems in der Lage sein, die Unterschiede in den Ankunftszeiten der Photonen im Picosekunden-Bereich zu messen. Durch die Lokalisierung des Ereignisses auf der Reaktionslinie im Körper dank dieser Einstrominformationen, kann bei der Rekonstruktion das Bildrauschen soweit reduziert werden, dass die injizierte Dosis halbiert werden kann, um dieselbe Bildqualität wie bei einer vollen Dosis zu erhalten.
Biograph mCT und Biograph mCT Flow sind die einzigen PET•CT-Systeme, die das erweiterte Bildfeld von TrueV mit ultraHD•PET kombinieren, um ein System zu bieten, dass die dem Patienten injizierte Dosis um 50% senken und dabei gleichzeitig die Scangeschwindigkeit erhöhen kann. Sie brauchen sich also nicht mehr für eine schnellen Scan oder eine niedrige Dosis zu entscheiden, sondern bekommen beides auf einmal.

Mit CARE (Combined Applications to Reduce Exposure) ist es Siemens gelungen, viele Innovationen zu integrieren, die eine signifikante Reduzierung der Strahlendosis in der Computertomographie mit sich bringen. Die STRATON™ Röntgenröhre zeichnet sich durch den einzigartigen Adaptive Dose Shield aus, der die CT-Dosis um bis zu 25% verringert. SAFIRE (Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction) erlaubt durch die rohdatenbasierte iterative Rekonstruktion eine Dosisreduzierung* von bis zu 60%. CARE kV, die einzige Technologie zur automatischen CT-Spannungseinstellung, optimiert das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis und reduziert dadurch die Dosis um bis zu 60%.

* In der klinischen Praxis kann der Einsatz von SAFIRE bei der CT die Patientendosis in Abhängigkeit von der klinischen Aufgabe, Patientengrösse und der anatomischen Verortung reduzieren. Um die geeignete Dosis zum Erzielen der gewünschten diagnostischen Bildqualität zu erhalten, wird die Rücksprache mit einem Radiologen und einem Strahlenphysiker empfohlen.

Konventionelle Kollimatoren haben ungleichmässig dicke Trennwände, was deren Empfindlichkeit verringert und die Dosis oder Scandauer für ein verwertbares Bild erhöht.
Siemens ist der einzige Hersteller, der seine Kollimatoren selbst entwickelt und fertigt. AUTOFORM Kollimatoren verwenden ein von Siemens entwickeltes Design, das für gleichmässig dicke Trennwände sorgt. Dieses Kollimator-Design bietet die branchenweit höchste Empfindlichkeit¹ mit einer bis zu 26% höheren Zählrate¹ bei gleicher Bildauflösung.
Siemens AUTOFORM Kollimatoren haben die derzeit höchste SPECT LEHR Sensibilität am Markt und ermöglichen:
1. eine bis zu 26% geringere injizierte Dosis
2. die bis zu 26% schnellere Bildgebung

¹ Basierend auf der Dokumentation der Mitbewerber zum Zeitpunkt der Veröffentlichung. Die Daten liegen uns vor.

Die ungenaue Bildrekonstruktion beeinflusst die Bildqualität und kann sowohl zu falsch-positiven als auch zu falsch-negativen Befunden führen. Die meisten rekonstruierten Bilder werden unter Verwendung von Algorithmen erstellt, welche die physikalischen Eigenschaften des Bilderfassungssystems nicht berücksichtigen.
Symbia SPECT•CT-Scanner mit Flash-Rekonstruktion verwenden ein bemessenes 3D-Kollimatorstrahlenmodell für den Iterationsprozess. Die korrekte Modellierung des Kollimators verteilt die Aktivität für eine genauere Rekonstruktion über die Schichten. Mit Flash wird die räumliche Auflösung des Kollimators modelliert, um die genaue Form der Läsion aufrecht zu erhalten. Demzufolge werden die Bilder mit einer höheren Zählrate im korrekten Volumen rekonstruiert, was den Bildkontrast erhöht.
Flash ermöglicht laut NEMA-Spezifikationen¹ eine um bis zu 45% höhere Auflösung bei der Rekonstruktion, was folgende Vorteile mit sich bringt:
1. eine bis zu 50% geringere injizierte Dosis
2. die bis zu 50% schnellere Bildgebung

¹ Basierend auf der Dokumentation der Mitbewerber zum Zeitpunkt der Veröffentlichung. Die Daten liegen uns vor.

Scanner müssen regelmässig einer Qualitätskontrollprüfung unterzogen werden, um die Kalibrierung der Detektoren zu validieren. Bei konventionellen Scannern wird die Qualitätskontrolle manuell durchgeführt und erfordert zwischen 20 Minuten und einer Stunde für die tägliche und ca. 6 Stunden für die monatliche Qualitätskontrolle. Da die Prüfung das Vorbereiten und den Umgang mit radioaktivem Material erfordert, wird das Verfahren im Rotationsprinzip durchgeführt, um das medizinische Fachpersonal vor einer Überdosierung zu schützen. Das versehentliche Austreten von radioaktivem Material erhöht das Risiko des Verfahrens weiterhin.
Mit dem Siemens AQC wird dieser Prozess automatisch über Nacht durchgeführt. Der dabei erstellte Bericht kann am nächsten Morgen vom technischen Mitarbeiter kontrolliert werden. Siemens AQC erleichtert die Leistungsanalyse, eliminiert die Gefahr des Austretens von radioaktivem Material und verringert die Strahlenexposition des Personals.
Zu den Vorteilen der Automatic Quality Control (AQC) gehören:

• Zuverlässige, konsistent reproduzierbare QC
• Vermeiden der Gefahr des Austretens von offenem radioaktivem Material
• Dosisreduzierung für den Bediener
• Automatische Ausführung in der Nacht bringt Zeitersparnis für den Bediener

Routinemässige kardiologische Untersuchungen können bis zu 20 Minuten in Anspruch nehmen und so die Anzahl der gescannten Patienten begrenzen. Um die gewünschte Bildqualität zu erhalten, werden den Patienten häufig hohe Dosen injiziert, was deren Strahlenbelastung erhöht.
Siemens IQ•SPECT ist die bisher einzige Technologie, die in der Lage ist, eine ultraschnelle kardiale Bildgebung mit einer normalen Kamera zu erzeugen. Dank einzigartigem Kollimator-Design, kardiozentrischer Bilderfassung und hochmoderner Rekonstruktionstechnologie finden viermal so viele Zählungen wie bei der konventionellen Methode statt, was für Bilder höchster Qualität sorgt – unabhängig von Alter, Körperform oder Grösse.
Mit IQ•SPECT können Ärzte eine myokardiale Perfusionsstudie mit einer der folgenden Protokoll-Optionen durchführen:

1. Bis zu 75% geringere injizierte Dosis in 16 Minuten 
2. Bis zu 50% geringere injizierte Dosis in 8 Minuten
3. Bis zu 25% geringere injizierte Dosis in 4 Minuten

In der Hybridbildgebung ist eines der am häufigsten verwendeten CT-Protokolle die Abschwächungskorrektur. Leistungsstarke SPECT/CT-Scanner mit integrierten CT-Systemen mit einer hohen Anzahl von Schichten verbrauchen mehr Energie und stellen für den Patienten eine potentiell höhere Strahlenbelastung dar. Darüber hinaus verfügen konventionelle SPECT/CT-Scanner nicht über die Möglichkeit zur Einstellung einer geringeren Röhrenspannung für Scans mit Abschwächungskorrektur.
Das leistungsstarke, 16-Slice-CT-System von Siemens bietet eine bis zu 74% geringere Strahlung¹ für den Patienten während der Abschwächungskorrektur und der Bediener kann die Röhrenspannung einstellen, um die Strahlenbelastung weiter zu reduzieren. Die Siemens CT-Technologie bietet für die drei häufigsten Verfahren der Abschwächungskorrektur in der Nuklearmedizin die niedrigsten Dosen im Vergleich zu konventionellen Scannern.

¹ Basierend auf der Dokumentation der Mitbewerber zum Zeitpunkt der Veröffentlichung. Die Daten liegen uns vor. Die verglichenen Dosiswerte basieren auf den Protokolls mit den Werkseinstellungen von GE NM670.